экструдер

Формула изобретения

Экструдер, содержащий корпус с загрузочным отверстием и винтовым каналом переменной глубины, выполненный с возможностью вращения и установленный на опорах, неподвижный шнек и матрицу, отличающийся тем, что внутри неподвижного шнека расположен транспортирующий шнек, причем неподвижный шнек снабжен сменной фильерой и разделительной гильзой, которая установлена в зонах загрузки и смешивания, между разделительной гильзой и неподвижным шнеком имеется нагревательный элемент, матрица выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения и имеет на своей внутренней поверхности профильную эластичную прокладку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию.

Известен экструдер, содержащий корпус, выполненный с возможностью вращения и имеющий глубину нарезки канала, уменьшающуюся пропорционально ширине нарезки в направлении от загрузочного отверстия к матрице, загрузочное отверстие, расположенное в плоскости, перпендикулярной оси вращения корпуса, и изготовленное совместно с неподвижным шнеком, на котором в зонах смешения и гомогенизации выполнена двухзаходная нарезка переменной глубины в виде конических каналов, расширяющихся в сторону матрицы [Пат. РФ 2179111, МПК⁷ В 29 С 47/38, 2001103218/12, Заявл. 05.02.2001, Опубл. 10.02.2002, Бюл. 4.].

Недостатком известного устройства является невозможность производства экструдированных продуктов с начинкой, а также сложность стабилизации давления в предматричной зоне экструдера.

Технической задачей изобретения является стабилизация давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья, снижение трудозатрат на эксплуатацию экструдера, а также расширение ассортимента выпускаемой продукции на данном оборудовании.

Поставленная задача достигается тем, что в экструдере, содержащем корпус с загрузочным отверстием и винтовым каналом переменной глубины, выполненный с возможностью вращения и установленный на опорах, неподвижный шнек и матрицу, новым является то, что внутри неподвижного шнека расположен транспортирующий шнек, причем неподвижный шнек снабжен сменной фильерой и разделительной гильзой, которая установлена в зонах загрузки и смешивания, между разделительной гильзой и неподвижным шнеком имеется нагревательный элемент, матрица выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения и имеет на своей внутренней поверхности профильную эластичную прокладку.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого экструдера, на фиг.2 - экструзионная головка при минимально сжатых пружинах и минимальной площади поперечного сечения кольцевого канала для выхода экструдата с начинкой, на фиг.3 - экструзионная головка при максимально сжатых пружинах и максимальной площади поперечного сечения кольцевого канала для выхода экструдата с начинкой.

Экструдер содержит цилиндрический корпус 1, неподвижный шнек 2 со сменной фильерой 3, в котором располагаются транспортирующий шнек 4, нагревательные элементы (ТЭНы) 5 и разделительная гильза 6, экструзионную головку, включающую в себя опорное кольцо 12, матрицу 13, регулировочную гайку 14, пружины 15, профильную эластичную прокладку 16 и направляющие штифты 17. Наружная поверхность сменной фильеры 3 имеет двухсекционную конусообразную форму. Конус в первой секции (большего диаметра) фильеры 3 совместим с большим конусом матрицы 13, а конус во второй секции (меньшего диаметра) фильеры 3 совместим с меньшим конусом матрицы 13 (фиг.2 и фиг.3).

Корпус 1 установлен с помощью бандажей 9 на опорно-упорный 10 и опорный 11 ролики и приводится во вращательное движение приводом 8. Передача крутящего момента от привода 8 экструдера корпусу 1 осуществляется посредством венцовой шестерни 7. На внутренней поверхности корпуса 1 имеется винтовая нарезка с уменьшающимся шагом и диаметром витков по направлению от загрузочного отверстия к экструзионной головке, в результате чего осуществляется плавное повышение давления продукта. Использование корпуса 1 в качестве основного рабочего органа позволяет повысить суммарную поверхность контакта перерабатываемого продукта с движущими поверхностями экструдера, что приводит к повышению тепловыделения в экструдате и интенсификации механического воздействия, вызывающего значительные сдвиговые деформации в расплаве продукта. Более высокий крутящий момент вращающегося корпуса 1 экструдера обеспечивает возможность переработки высоковязких многокомпонентных смесей и по сравнению с установкой, сопоставимой габаритными размерами, в которой вращается шнек, а корпус неподвижен, позволяет добиться увеличения производительности предполагаемого экструдера.

Внутри неподвижного шнека 2 экструдера находятся транспортирующий шнек 4 для подачи начинки, нагревательные элементы (ТЭНы) 5 и разделительная гильза 6. Транспортирующий шнек 4 используется для подачи высоковязкой начинки, если же осуществляется транспортирование менее вязких материалов, то вместо шнека можно использовать насос.

Нагревательные элементы (ТЭНы) 5 во избежание контакта их с начинкой закрываются разделительной гильзой 6, которая препятствует контакту начинки с ТЭНами 5. Использование нагревательных элементов (ТЭНы) 5 внутри неподвижного шнека 2 позволяет избежать потерь тепла и, как следствие, снизить затраты энергии по сравнению с конструкциями, у которых нагревательные элементы находятся снаружи. Нагревательные элементы (ТЭНы) 5 устанавливаются только в зонах загрузки и смешивания, поскольку именно здесь необходим предварительный прогрев продукта и начинки, а в следующих зонах экструдер работает уже в автогенном режиме.

При нарушении устойчивого режима работы экструдера (например, пульсации давления, которые могут возникнуть, наличии недостаточной однородности состава смеси, изменении режима работы или при смене рецептуры исходного сырья и т. д. ) требуется быстрое оперативное вмешательство, направленное на поддержание стабильного давления продукта.

В этом случае в предлагаемом устройстве предусматривается "автоматическое" регулирование давления расплава экструдата в предматричной зоне экструдера за счет изменения площади проходного сечения кольцевого канала для выхода экструдата с начинкой из экструзионной головки, которая включает в себя опорное кольцо 12, матрицу 13, регулировочную гайку 14, пружины 15, профильную эластичную прокладку 16 и штифты 17 для центровки пружин.

Опорное кольцо 12 болтами 20 крепится к корпусу 1, герметично прижимая при этом край профильной эластичной прокладки 16. Внутренняя поверхность матрицы 13 имеет двухсекционную конусообразную форму. Конус в первой секции (большего диаметра) матрицы 13 совместим с большим конусом сменной фильеры 3, а конус во второй секции (меньшего диаметра) матрицы 13 совместим с меньшим конусом сменной фильеры 3.

Экструдер работает следующим образом.

Подлежащий переработке продукт направляют в загрузочное отверстие 19, где он захватывается винтовой нарезкой корпуса 1 и перемещается последовательно с помощью вращающегося корпуса 1, приводимого в движение от привода 8 через венцовую шестерню 7, через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и стабилизации давления. Одновременно через загрузочную воронку в неподвижный шнек 2 подается начинка, которая захватывается транспортирующим шнеком 4 и перемещается им к экструзионной головке. При этом включаются нагревательные элементы (ТЭНы) 5, увеличивая температуру начинки в зонах загрузки и смешивания. Увеличение температуры начинки снижает ее вязкость и она довольно легко перемещается транспортирующим шнеком 4.

В процессе движения перерабатываемый продукт нагревается, размягчается и перемешивается за счет взаимного воздействия на него вращающегося корпуса 1 и неподвижного шнека 2. При прохождении образовавшегося расплава через зону стабилизации давления происходит выравнивание градиентов давления и температуры, что обеспечивает равномерное движение экструдата к экструзионной головке. После выхода продукта из формующего отверстия экструзионной головки, образованного конусными поверхностями матрицы 13 и фильеры 3, получаем трубчатую конфигурацию продукта, в которую транспортирующим шнеком 4 подается начинка.

Для получения высококачественного продукта в экструдере используется экструзионная головка, которая работает следующим образом.

При резком увеличении давления в предматричной зоне экструдера соответственно возрастает величина давления продукта на внутренние стенки матрицы 13. Как только величина давления продукта превысит жесткость пружин 15, происходит увеличение проходного сечения канала (величина кольцевого зазора максимальна), образованного конусными поверхностями сменной фильеры 3 и матрицы 13 (фиг. 3), что интенсифицирует отвод продукта из экструдера, а следовательно, обеспечивает снижение давления.

Это продолжается до тех пор, пока давление продукта на матрицу 13 не сравняется с жесткостью пружин 15. Это приводит к уменьшению значения давления продукта в предматричной зоне экструдера, после чего под действием сил сжатия пружин матрица 13 возвращается в исходное положение (величина кольцевого зазора минимальна), соответствующее установившемуся режиму работы экструдера (фиг.2).

Профильная эластичная прокладка 16 обеспечивает герметичность в предматричной зоне и плавность хода матрицы 13.

Пределы регулирования проходного сечения, рабочие характеристики пружин и их количество определяются производительностью экструдера, геометрическими размерами матрицы, а также реологическими свойствами перерабатываемого сырья. Значение давления при необходимости может устанавливаться регулировочной гайкой 14 без остановки работы экструдера на переналадку.

Таким образом, использование изобретения позволит

- расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления при переработке различного сырья с нестабильными свойствами;

- расширить ассортимент выпускаемой продукции за счет возможности производства изделий с начинкой;

- повысить эксплуатационную надежность экструдера за счет стабилизации скачков давления при переработке различного сырья с нестабильными свойствами.